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Notwendigkeit der Verwendung einer GEM-MSGC

Eine ``konventionelle'' MSGC besteht aus drei Baugruppen:

Im Gasraum werden durch ionisierende Strahlung Elektronen erzeugt, die dann entlang der Feldlinien zu den Anoden driften. Im Driftraum herrscht ein annähernd homogenes elektrisches Feld. Erst im Bereich der Anoden wird das Feld stark inhomogen und die Feldstärken so hoch, daß die Elektronen genügend kinetische Energie bekommen, um ihrerseits durch Stoß ionisieren zu können. Es kommt zu einem lawinenartigen Vervielfältigungsprozeß, der sogenannten Gasverstärkung. Bei einer ``konventionellen'' MSGC muß die gesamte für die Signalerzeugung notwendige Gasverstärkung im Feld der Anoden erzeugt werden.



Für die Detektoren des Inneren Spurkammersystems bei HERA-B wurden sowohl im ``Proposal'' [HER94] als auch im ``Design Report'' [HER95] diese MSGCs vorgesehen. Die zu dieser Zeit veröffentlichten Ergebnisse verschiedener Forschungsgruppen , [RD28a], [RD28b]) deuteten darauf hin, daß MSGCs die Anforderungen eines Langzeitbetriebes bei HERA-B erfüllen könnten.

Im Rahmen der Entwicklung der Detektoren für HERA-B wurde bei umfangreichen Tests und Untersuchungen [Vis96], [Hot97], [Bre97] jedoch festgestellt, daß MSGCs in ihrer herkömmlichen Konzeption nicht für den Betrieb in hadronischer Umgebung geeignet sind: Um eine typische Gasverstärkung von 4000 zu erreichen (siehe Kapitel 4.3), ist die Felderstärke zwischen Anoden und Kathoden auf dem Substrat so groß, daß starkionisierende Teilchen, wie z. B. Hadronen oder Kernbruchstücke aus dem Substrat, Überschläge zwischen Anoden- und Kathodenstreifen auslösen können. Diese Überschläge zerstören die Anoden, und es kommt zu einem sukzessiven Ausfall des Detektors [Sch97].

Eine Weiterentwicklung der konventionellen MSGC ist die GEM-MSGC. Mit dem von F. Sauli vorgeschlagenen ``Gas-Electron-Multiplier'' (GEM) [Sau96], [Sau97], der in der MSGC wie ein Vorverstärker wirkt, kann die Gesamtgasverstärkung in zwei Stufen aufgeteilt werden. Dies erlaubt eine Reduzierung der Spannung und damit der Gasverstärkung an der Mikrostreifenstruktur, so daß sich die Wahrscheinlichkeit für Überschläge durch starkionisierende Teilchen um mehrere Größenordnungen reduziert.




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Malte Hildebrandt
2001-06-11